| 【発明の名称】 |
直流離線アーク測定方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】藤井 保和
【氏名】福谷 隆宏
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| 【要約】 |
【課題】本発明の目的は，離線によりパンタグラフ電流がゼロになるまでに発生するアークが測定可能な直流離線アーク測定法を提供する。
【解決手段】直流電源区間でパンタグラフ２が高圧母線３で連結されている電気車において，電流測定用のクランプ形電流形４と，測定された電流を演算，記録するパーソナルコンピュータ５を用い，トロリ線１，パンタグラフ，及び高圧母線で構成される閉回路のアーク消滅時間を算出することから，離線によりパンタグラフ電流がゼロになるまでに発生するアーク６を測定する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 鉄道直流区間におけるパンタグラフが高圧母線で連結されている電気車において，パンタグラフを流れる電流を測定するクランプ形電流計と，測定された電流を演算，記録するパーソナルコンピュータを用い，離線によりパンタグラフ電流がゼロになるまでに発生するアークを測定する直流離線アーク測定方法。
【請求項２】 請求項１のアークの測定により，光学式離線率が測定できる請求項１記載の直流離線アーク測定方法。
【請求項３】 請求項1の電流の演算と請求項2の光学式離線率により，電流式離線率と光学式離線率の比率が測定できる請求項１記載の直流離線アーク測定方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，鉄道直流区間におけるパンタグラフが高圧母線で連結されている電気車におけるパンタグラフの離線に伴うアークを測定する直流離線アーク測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気車の運転に必要な電力は，電源である変電所から送られ，地上に設備されたトロリ線とこれに接触する電気車上のパンタグラフを経由して車内に取り込まれる。電気車の安定運転などのためには，パンタグラフを流れる電流が遮断されず，電気車内の負荷に送られる必要がある。
【０００３】パンタグラフは，低速走行時にはトロリ線との接触状態である着線を維持するが，高速走行やトロリ線に凹凸があると，トロリ線から離れた状態である離線に至る。パンタグラフが離線すると，パンタグラフが集電している電流が，放電の一形態であるアークを経てゼロになる。アークの発生は電波雑音とすり板・トロリ線の摩耗を増大させ，また，パンタグラフ電流がゼロになると車内停電などを生ずるので，これらの原因となる離線が少ないことがトロリ線・パンタグラフでは重要となる。このため，離線は，トロリ線を含む架線とパンタグラフの集電特性の良否を判定する目安値の一つに用いられ，新しい架線や列車の速度向上の可能性を離線の目安値で判定するため，離線測定が必要となる。
【０００４】電気車では通常１列車に２個以上のパンタグラフが搭載される。このとき，パンタグラフ間を接続する直流１５００Ｖ高圧母線がなく，パンタグラフが単独の場合には，各パンタグラフの離線はそれぞれ独立となる。ところが，パンタグラフ間を高圧母線で接続すると，１個のパンタグラフが離線しても，他のパンタグラフが着線していれば，列車負荷は着線パンタグラフから取り込まれるので，離線パンタグラフは見かけ上着線していることになる。このため，１列車に２個以上のパンタグラフが搭載されているときは，離線低減のためパンタグラフ間を高圧母線で接続する場合が多い。
【０００５】ここで，従来の離線測定方法である電流式離線測定方法について説明する。図1は電流式離線測定方法の構成図，図5は原理を説明するための離線時の電流変化図である。図１，５で，１はトロリ線，２はパンタグラフ，３は高圧母線，４はクランプ形電流計，５はパーソナルコンピュータ，６はアーク，８は着線，９は離線，１０は完全離線時間である。このように構成された離線測定方法の作動を次に説明する。
【０００６】図１に示すように，電気車が電源電流から分流した電流i3をトロリ線１，及びパンタグラフ２を経由して集電しているとき，着線８しているパンタグラフ2がトロリ線１から離れ離線９を生ずると，この離線パンタグラフの電流i3は，図５に示すように変化する。パンタグラフ２が高圧母線３で接続されているため，離線直前の電流レベルにあった電流i3は，アーク発生後，電流がゼロである完全離線となる。このパンタグラフ電流の変化をクランプ形電流計４で測定し，パーソナルコンピュータ５により電流i3が設定したレベル以下で完全離線とみなせるときを離線９と判定する。1ms以上の完全離線時間１０に注目する場合には，パンタグラフ電流波形を2kHzでA/D変換してパーソナルコンピュータ５に取込み，電気的雑音を除ける閾値にスライスレベルを設定し，これ以下の電流をゼロとみなし離線と判定する処理をソフト的に行う。さらに離線９について，完全離線時間１０と全測定時間との比で表される電流式離線率をパーソナルコンピュータ５でソフト的に計算している。
【０００７】しかし，従来の電流式離線測定方法では次のような問題点があった。電流式離線測定方法では，離線によりパンタグラフ電流がゼロになったときを離線と判定するので，電流がゼロになるまでに発生するアークが測定できなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので，離線によりパンタグラフ電流がゼロになるまでに発生するアークが測定可能な直流離線アーク測定方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１における直流離線アーク測定方法は，パンタグラフを流れる電流を測定するクランプ形電流計と，測定された電流を演算，記録するパーソナルコンピュータを用い，離線によりパンタグラフ電流がゼロになるまでに発生するアークを測定することを特徴としている。本発明の請求項２は，請求項１のアークの測定により，光学式離線率が測定できることを特徴としている。本発明の請求項３は，請求項１の電流の演算と請求項２の光学式離線率により，電流式離線率と光学式離線率の比率が測定できることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の直流離線アーク測定方法は次のように作用する。
■ 本発明の請求項１における直流離線アーク測定方法によれば，アーク消滅時間から離線によりパンタグラフ電流がゼロになるまでに発生するアークを測定することができる。
■ 本発明の請求項２における直流離線アーク測定方法によれば，アークとアークが発生していない時間がわかるので，光学式離線率が測定できる。
■ 本発明の請求項３における直流離線アーク測定方法によれば，電流式離線率と光学式離線率の比率が測定できる。
【００１１】次に，本発明における直流離線アーク測定方法の実施例について詳細に述べる。図１は本発明の請求項１におけるアーク測定方法の実施例を示した構成図，図２は本発明の請求項１におけるアーク測定方法に用いる閉回路の説明図，図３は本発明の請求項１におけるアーク測定方法に用いる等価回路，図４は本発明の請求１におけるアーク測定方法に用いるアーク消滅時間の算出式である。
【００１２】ここで，１はトロリ線，２はパンタグラフ，３は高圧母線，４はクランプ形電流計，５はパーソナルコンピュータ，６はアーク，７はトロリ線，パンタグラフ，高圧母線からなる閉回路，８は着線，９は離線，１０は完全離線時間である。
【００１３】本発明の請求項１における直流離線アーク測定方法の実施例について，図１〜５を用いて説明する。図１において，２個のパンタグラフ２が高圧母線３で連結されていると，図２に示すように，トロリ線１，パンタグラフ２，及び高圧母線３で構成される閉回路７ができる。パンタグラフ２が着線８している状態では，電気車の電流は，電源電流i1から分流して２個のパンタグラフ２に電流i2，i3として流れ，電気車の電動機等の負荷を通過後再び電源電流i1として電源側に戻る。パンタグラフ２が離線９すると，離線９したパンタグラフの電流i3がアーク６の電流になる。
【００１４】前記状態を表わす等価回路が図３で，図３(a)は着線時の等価回路，図３(b)は離線時の等価回路である。着線時を表わす図３(a)の等価回路は次の内容を表わす。電気車が必要な電流は，変電所の直流電源Eから電源側電流i1として送り出され，変電所，電気を送るき電線，電気車電動機，及びレールからなる電源側の抵抗R1，インダクタンスL1を通り，２個のパンタグラフ２に相当する抵抗R2，R3，インダクタンスL2，L3を分流して電流i2，i3として流れる。ここで，インダクタンスLcは，図２のトロリ線１，パンタグラフ２，及び高圧母線３からなる閉回路７のインダクタンスであり，後記するように，アーク消滅時間を算出するときに必要となるので，アークを測定する列車編成について，通常のインダクタンス測定器で測定，記録して置く。
【００１５】離線９が発生すると，図３(b)の等価回路で表わされる状態に移行する。図３(a)の着線時からの変化は，アーク６を電気的に表わす最小アーク電圧Eaが付加されたことである。これは，閉回路７において，離線９に伴うアーク６を最小アーク電圧Eaで等価的に表わすことができるからである。銅系集電材料の最小アーク電圧Eaは約12.5Vであり，通常の営業車の閉回路７において，パンタグラフ電流i2と回路抵抗R2による電圧降下は最小アーク電圧Ea以下である。このため，離線直前にパンタグラフ２を流れていた離線直前電流ipは，図４の式１で表わされるアーク消滅時間τa後に消滅し，一方のパンタグラフ２に移行する。
【００１６】前記状況は図５で表わされる。パンタグラフ２に流れる電流i3は，パンタグラフ２が着線８している間は電気車の運転状態によって変化しており，ある電流のときに離線９に伴いアーク発生が生じたとすると，このときの電流値及び電流レベルがそれぞれ離線直前電流ip，離線直前電流ipレベルである。すると，図４の式１に示すアーク消滅時間τaでアーク６が消滅し，電流i3がゼロである完全離線となるが，この状態となっている時間が完全離線時間１０である。このとき，もう一方のパンタグラフ２の電流i2は電源側電流i1と同じ大きさとなっている。
【００１７】したがって，２個のパンタグラフの電流i2，i3をクランプ形電流計４で測定し，例えば，i2がゼロでなくi3のみがゼロつまり完全離線になったとすると，i3が流れていたパンタグラフが離線したことがわかる。このときのi2は全電流i1に等しく，i2の１／２が離線直前電流ipとみなせるので，式１によりアーク消滅時間τaが求まる。図５に示すように，アーク消滅時間がアークの発生している時間に等しいので，アーク消滅時間が求まることにより離線により生ずるアークの測定が可能となる。
【００１８】前記の内容は，クランプ形電流計４で測定した電流波形をA/D変換によりディジタル化し，パーソナルコンピュータ５で処理することにより行う。A/D変換周波数は，注目するアーク発生時間の長さやクランプ形電流計４の周波数特性等によって決まるが，アークによるトロリ線１とすり板の摩耗に関しては1ms以上のアーク発生時間に注目する場合が多い。注目する時間が1msのときには，サンプリング定理により，パンタグラフ電流波形を2kHzでA/D変換し，パーソナルコンピュータ５にディジタル波形として取込む。このディジタル波形について，電気的雑音を除ける閾値にスライスレベルを設定し，ディジタル電流値がこれ以下になったときにパンタグラフ電流がゼロとなったとみなし，完全離線と判定する。さらに，閉回路7のインダクタンスLcを入力して置くことにより，式1によるアーク消滅時間τa，つまりアーク６の発生時間もパーソナルコンピュータ５によりソフト的に算出する。これにより離線に伴うアークの測定がディジタルできる。
【００１９】前記の測定方法で得られたアーク６の発生時間を合計すると測定中の全アーク時間となるので，これから全アーク時間と全測定時間の比である光学式離線率が測定できる。この測定は，アーク測定と同様に，A/D変換したディジタル波形について，パーソナルコンピュータ５によりアーク時間，測定時間を記録，演算して行う。
【００２０】さらに，前記したように，電流式離線率は完全離線時間１０と全測定時間との比で表される。本発明においては，完全離線時間１０，および全測定時間をパーソナルコンピュータ５に記録しているので，電流式離線率も測定できる。したがって，電流式離線率と光学式離線率との比率も測定できる。この測定は，アーク測定と同様に，パーソナルコンピュータ５によりソフト的に行う。
【００２１】
【発明の効果】前記の説明からわかるように，本発明の直流離線アーク測定方法は次の効果を発揮する。
■ 離線によりパンタグラフ電流がゼロになるまでに発生するアークを測定することができる。
■ アーク発生時間とアークが発生していない時間がわかるので，これらから算出できる光学式離線率が測定できる。
■ 電流式離線率と■の光学式離線率の比率が測定できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１７３７８４
【氏名又は名称】財団法人鉄道総合技術研究所
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| 【出願日】 |
平成１４年３月１５日（２００２．３．１５） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２７４５０１（Ｐ２００３−２７４５０１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年９月２６日（２００３．９．２６） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−７２３３２（Ｐ２００２−７２３３２） |
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